監(jiān)控技術(shù)在物流自動(dòng)化侖儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著商品經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)(ASS―Automatic Storage System)已在大型集團(tuán)企業(yè)、商場(chǎng)和國防等各個(gè)領(lǐng)域中崛起。它是一種自動(dòng)存儲(chǔ)和取出貨物系統(tǒng)，是當(dāng)今最新型的倉儲(chǔ)設(shè)施。

現(xiàn)代ASS中貨物虛實(shí)的自動(dòng)化識(shí)別是ASS的前提。ASS是由高層立體貨架、堆垛機(jī)、輸送系統(tǒng)、信息識(shí)別系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)等組成的。其中，信息識(shí)別系統(tǒng)的作用是完成對(duì)貨物品名、類別、貨號(hào)、數(shù)量、等級(jí)、生產(chǎn)廠，甚至貨位地址的識(shí)別。為實(shí)現(xiàn)這些功能，可用條形碼、磁條、光學(xué)字符和射頻等識(shí)別技術(shù)來對(duì)物流信息進(jìn)行采集。而貨位的虛實(shí)識(shí)別技術(shù)，即自動(dòng)判斷貨位上貨物的有無就是信息識(shí)別系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)貨位自動(dòng)管理的基礎(chǔ)，也是解決堆垛機(jī)和貨物安全的必需。

軟件法是貨位虛實(shí)識(shí)別技術(shù)的首選

應(yīng)該說貨位虛實(shí)識(shí)別技術(shù)的方法有多種，但是用軟件法來判別貨位虛實(shí)，其設(shè)計(jì)思想簡(jiǎn)單、實(shí)施方便，可在線自動(dòng)完成貨位虛實(shí)的判別及修改，故為首選。

軟件法實(shí)際是用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，是在管理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中設(shè)置一張貨位表。表中字段“有貨”為“是/否”邏輯型。字段值為YES的貨位，表示該貨位有貨即“實(shí)”，字段值為NO的貨位，表示該貨位無貨即“虛”。

貨位的虛實(shí)是由AS/RS監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)貨物入出庫實(shí)際情況自動(dòng)修改的。其工作流程如下：當(dāng)有貨物準(zhǔn)備入庫時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)程序查詢貨位表中是否有貨字段為NO的空閑貨位，如果有，將其分配給相應(yīng)的堆垛機(jī)，并發(fā)出存貨命令，堆垛機(jī)將貨物放在該貨位后，向上位機(jī)監(jiān)控程序返回“存貨命令己完成”的信息，這時(shí)上位機(jī)監(jiān)控程序就將該貨位對(duì)應(yīng)的有貨字段改為YES；貨物出庫時(shí)反之。然而，當(dāng)工作為離線方式時(shí)，軟件法無法完成貨位虛實(shí)的判別，此時(shí)應(yīng)用傳感器法。
　　
傳感器法的應(yīng)用

傳感器法是將傳感器安裝在堆垛機(jī)貨叉適當(dāng)位置上，檢測(cè)貨位上是否有貨存在的方法。傳感器法使用的傳感器主要有反射式光電傳感器、超聲波傳感器等。

1 光電傳感器的檢測(cè)

安裝在堆垛機(jī)貨叉上的組件式光電傳感器，其輸出作為堆垛機(jī)控制器的輸入信號(hào)。存貨時(shí)，如果欲存貨的貨位無貨，則光電傳感器無輸出信號(hào)；如果欲存貨的貨位有貨，則光電傳感器輸出信號(hào)，堆垛機(jī)控制器接收該信號(hào)后，便立即停止運(yùn)行，同時(shí)向上位計(jì)算機(jī)發(fā)出故障信號(hào)，等候處理。

2 超聲波傳感器的檢測(cè)

組件式超聲波傳感器由聲波發(fā)射器、接收器、定時(shí)器及控制器等組成。其應(yīng)用回聲測(cè)距的原理。當(dāng)堆垛機(jī)貨叉向貨位靠近時(shí)，首先由聲波發(fā)射器向貨位發(fā)射高頻脈沖波束，波束發(fā)射后即刻自行關(guān)機(jī)，同時(shí)又打開聲波接收器檢測(cè)回聲信號(hào)，定時(shí)器則記錄在空氣中聲波的傳播時(shí)間，從而換算出被測(cè)貨物到聲波傳感器之間的距離，從而識(shí)別貨位虛實(shí)。圖1所示超聲波傳感器的檢測(cè)示意圖。

圖1 超聲波傳感器的檢測(cè)示意圖

一線（網(wǎng)絡(luò)）法(1-Wire Net) 設(shè)計(jì)方案

在對(duì)貨位和可靠性要求很高的場(chǎng)合中，每個(gè)貨位上都要安裝一個(gè)開關(guān)。這樣做的缺點(diǎn)是大量的開關(guān)與識(shí)別裝置（計(jì)算機(jī)）的聯(lián)線比較麻煩。為此，采用最新型的一線（網(wǎng)絡(luò)）法，可謂是一種性價(jià)比不錯(cuò)的設(shè)計(jì)方案。

一線網(wǎng)絡(luò)也稱為微局域網(wǎng)(MicroLAN)，是由總線主機(jī)(BUS Master)、數(shù)據(jù)線―普通雙絞線(及其扦接件)和1-Wire器件等三類設(shè)備所構(gòu)成的，如圖2所示。

圖2 一線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)中，共用一條數(shù)據(jù)線的器件叫1-Wire器件。1-Wire器件通過一個(gè)端口連接到微處理器，這些器件有存儲(chǔ)NVRAM、EEPROM、可尋址開關(guān)、數(shù)字傳感器、時(shí)鐘等類型。大多數(shù)1-Wire器件完全靠從數(shù)據(jù)線上獲得的電源供電。當(dāng)數(shù)據(jù)線上為高電平時(shí)，電荷存儲(chǔ)在器件內(nèi)部；當(dāng)數(shù)據(jù)線為低電平時(shí)，這些電荷可提供能量。

總線主機(jī)與1-Wire器件之間雙向（半雙工）傳遞信號(hào)和1-Wire器件的供電僅靠一根線(普通雙絞線―數(shù)據(jù)線)，1-Wire Net因此而得名。一線網(wǎng)絡(luò)對(duì)總線主機(jī)的要求不高，任何標(biāo)準(zhǔn)微處理器都可作為總線主機(jī)，如晶振頻率1.8MHz以上的8051系列單片機(jī)、具有115.2kp/s UART的微型計(jì)算機(jī)(PC)等。圖3所示為一種用于AS/RS實(shí)用化的用1-Wire器件和PC組成的擴(kuò)展微局域網(wǎng)。

圖3 由1-Wire器件和PC組成的貨位檢測(cè)方案

DS2401是1-Wire器件中最簡(jiǎn)單的一種，是一種可尋址開關(guān)。利用DS2401可以為貨位貼上一個(gè)唯一的電子標(biāo)簽。每個(gè)器件都由工廠用激光刻寫一個(gè)唯一的、不可更改的64位序列號(hào)，即由64位串行碼組成的8字節(jié)的標(biāo)識(shí)碼。第一個(gè)字節(jié)表示1-Wire器件類型，接下來的6字節(jié)是其唯一的地址碼，使得同類具有248種地址碼，以保證在微局域網(wǎng)上不會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)地址沖突；最后一字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼，以供主機(jī)在讀地址是判斷是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤。如需判斷某開關(guān)的開閉狀態(tài)時(shí)，主機(jī)只要讀與開關(guān)相連的DS2401地址碼即可。若讀到器件的地址碼，說明該開關(guān)處于閉合狀態(tài)，其貨位為實(shí)；否則說明開關(guān)處于斷開狀態(tài)，其貨位為虛。這樣就實(shí)現(xiàn)了的貨位檢測(cè)。當(dāng)DS2401 1-Wire器件的數(shù)目超過98時(shí)，則必須使用1-Wire擴(kuò)展器件DS2409，這樣使得可使用的1-Wire器件數(shù)目幾乎沒有限制。電子標(biāo)簽中不僅包含貨位的虛實(shí)狀態(tài)，而且還可包含貨物其他信息，例如在貨位的適當(dāng)位置安裝數(shù)字溫度傳感器，可以了解貨位的溫度。

RFID技術(shù)

微波射頻識(shí)別（RFID）是近年來國外應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)新型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別。對(duì)于遠(yuǎn)距離(可達(dá)10m以上)、高速移動(dòng)(時(shí)速100km以上)、無接觸物體識(shí)別場(chǎng)合尤為適用。其典型工作頻率有915MHz、2.45GHz、5.8GHz三個(gè)頻段，廣泛應(yīng)用于車輛自動(dòng)識(shí)別門禁、物流，生產(chǎn)線管理、防偽領(lǐng)域。

微波射頻式位置檢測(cè)技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸識(shí)別，無須外露電觸點(diǎn)，無源電子標(biāo)簽可按不同的應(yīng)用要求來封裝。系統(tǒng)可同時(shí)識(shí)別多個(gè)靜止的和高速運(yùn)動(dòng)的電子標(biāo)簽。

1 RFID系統(tǒng)組成

微波射頻識(shí)別系統(tǒng)由讀寫器、天線、電子標(biāo)簽、專用短程通信協(xié)議DSRC及其相關(guān)的監(jiān)控、定位和報(bào)警設(shè)備等構(gòu)成，如圖4所示。

圖4 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

● 電子標(biāo)簽由低功耗芯片、基片和微帶電路組成。按供電方式分為有源和無源電子標(biāo)簽；按應(yīng)答方式分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，目前無源卡已能工作在915MHz、2.45GHz兩個(gè)微波頻段。
● 讀寫器用于啟動(dòng)(激活)電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，并承擔(dān)防碰撞和身份驗(yàn)證的任務(wù)。對(duì)無源識(shí)別系統(tǒng)，還應(yīng)給電子標(biāo)簽提供足夠的微波能量。
● 微波射頻天線用來接收和發(fā)射微波功率，具有良好的方向性。
● DSRC專用短程通信協(xié)議通過空間濾波、極化濾波、頻率濾波、信號(hào)處理濾波和跳頻頻譜擴(kuò)展等技術(shù)提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確識(shí)別率。

2 RFID在物流自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用

電子標(biāo)簽貼裝于貨物上，內(nèi)存貨物品名、類別、貨號(hào)、數(shù)量、等級(jí)、生產(chǎn)廠家等數(shù)據(jù)。讀寫器與天線在安裝在堆垛機(jī)貨叉上，當(dāng)堆垛機(jī)貨叉向貨位運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷地發(fā)射微波能量并接收從電子標(biāo)簽發(fā)出的微波信號(hào)。用讀寫器通過天線啟動(dòng)(激活)電子標(biāo)簽并讀取貨位上有無貨物號(hào)及其他的數(shù)據(jù)，將其傳送至PC機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)了貨物有無的鑒別。

3 RFID的主要優(yōu)點(diǎn)

● 成本低廉，便于大面積使用，提高了系統(tǒng)的可靠性。
● 電子標(biāo)簽無須裸露，可用耐火材料或陶瓷封裝，耐腐蝕，最高耐溫可超過300℃。
● 安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，標(biāo)簽安裝無嚴(yán)格要求，接收距離最遠(yuǎn)可達(dá)>10m。
● 采用絕對(duì)編址，無累計(jì)誤差。使位置識(shí)別準(zhǔn)確無誤。